Questo terzo articolo di Mario Desiderio ci fa conoscere i padri fondatori della Fisica quantistica.
Lo sviluppo della ricerca in Fisica ci ha introdotto sin dall’inizio del nostro secolo nei più profondi segreti della natura. Il patrimonio di conoscenze della Fisica si è ampliato nel primo mezzo secolo del Novecento al di là di ogni previsione. E’ suggestivo paragonare questa svolta con quella rivoluzione della nostra conoscenza della Terra che fu introdotta dalla scoperta di Cristoforo Colombo.
Anche per la Fisica sono stati scoperti continenti nuovi, prima completamente sconosciuti ed ora conquistati ed esplorati in tutte le loro parti. Anche queste scoperte non sono state fatte per caso, ma attraverso precise ricerche sperimentali, così come Colombo dovette la sua scoperta al fatto che, ammettendo per ragioni teoriche la sfericità della Terra, cercava le Indie Orientali.
Nel caso della Fisica a indirizzare la ricerca in una certa direzione era un’idea già vecchia di duemila anni: l’ipotesi atomica della filosofia antica. Già durante il Rinascimento, quando le ricerche sulla natura cominciavano a risvegliarsi, questa idea si era mostrata per la Fisica una guida feconda, stimolante e chiarificatrice. Del resto ancora nel 1900 alcuni pensatori potevano asserire che, nonostante gli sforzi compiuti da quattro secoli, la realtà dell’atomo restava completamente indimostrata e dubbia.
Solamente nel nostro tempo il continuo lavoro degli sperimentatori e dei Fisici teorici è riuscito a penetrare il sottomondo dell’atomo, già concepito ipoteticamente da 2000 anni, e ne ha dimostrato la realtà. Ma come Colombo poteva confermare solo una parte della sua ipotesi, la sfericità della Terra, mentre per il resto trovava cose completamente diverse da ciò che si aspettava, così anche la ricerca fisica ha trovato cose e fenomeni del tutto diversi da ciò che l’antica Filosofia dell’atomo ci lasciava supporre.
I Fisici hanno trovato nel regno della “microfisica” cose piuttosto strane e apparentemente contraddittorie. Essi si sono imbattuti in enti che, per una misteriosa duplicità della loro natura, talvolta si comportano come corpuscoli, tal altra, in condizioni sperimentali diverse, come fenomeni ondulatori diffusi. Questa duplice natura di onde e corpuscoli, riconosciuta dapprima per la luce, più tardi anche nella materia, ha tenuto i fisici per lungo tempo in uno stato di ansiosa aspettativa.
Lo zoologo che per primo esplora un nuovo continente non può certo riferire le sue osservazioni sulla fauna locale usando termini consueti, come capre, lupi o rondini; egli trova animali di specie completamente nuove e sconosciute, per esempio canguri, che non possono essere indicati con i nomi ed i concetti zoologici che erano sufficienti per gli esseri fino ad allora conosciuti. Non potendo però, indicare le sue scoperte, ricorrere a concetti noti, deve darne una descrizione più particolareggiata ed analitica.
Allo stesso modo i nuovi enti scoperti nella “microfisica” sono completamente diversi da tutto ciò che noi conosciamo dell’esperienza “macrofisica” a cui siamo comunemente abituati. Nessuno però si stupisce di incontrare in una nuova parte della Terra animali di una nuova specie, mentre i Fisici erano convinti da una educazione e da una consuetudine di pensiero che duravano da quattrocento anni (anzi da duemila) che non potevano assolutamente esservi oggetti fisici diversi dagli oggetti macroscopici.
La rivoluzione di pensiero che è stata compiuta dai Fisici moderni, mentre ha aperto al nostro sguardo stupito il sottomondo della “microfisica” e sviluppato, con la formulazione delle sue leggi, possibilità di pensiero completamente nuove, ha portato anche alla detronizzazione di uno dei concetti fondamentali della “macrofisica”: il concetto di causalità.
Nel campo della macrofisica tutti i fenomeni sono causalmente determinati in modo assoluto e perciò prevedibili come il funzionamento di un orologio o di una macchina o il moto dei pianeti. Questa causalità rigida non è in realtà una legge originaria della natura, ma solo una conseguenza secondaria e, soprattutto, ha solo un campo di applicazione limitato alla macrofisica. Ciò che è originario e che domina nel regno della microfisica sono leggi statistiche e leggi di probabilità.
E se il postino mi chiedesse: “ Cosa sono i quanti”?
La teoria quantistica nasce nel 1900. E’ nota con il nome di “Fisica quantistica” anche se all’inizio e per diversi decenni è stata denominata “Meccanica quantistica” perché inizialmente coinvolgeva solo la Meccanica, che è una parte della Fisica, a sua volta divisa in “Cinematica” che regola le leggi del moto, “Statica” che studia l’equilibrio dei corpi, “Dinamica” che studia il movimento dei corpi in relazione alle cause che lo determinano, quindi alle forze.
La Fisica quantistica non sostituisce la Fisica classica ma la integra, la estende ai fenomeni atomici e subatomici, alle leggi della Cosmologia ed in generale a tutti quei fenomeni per i quali la classica non riesce a spiegarne le leggi. Successivamente è assurta anche a teoria filosofica per le sue implicazioni in tutta la vita dell’uomo e dell’Universo intero.
Deve il suo nome alla parola latina “quantum, quanta” che significa: quantità definita, piccola e discreta, non continua.
Questo termine è rimasto in molte lingue straniere, la prima denominazione è stata “Quantum Mechanics” , dove non si capisce la s plurale dato che la Meccanica è una e non tante.
Il primo che usò tale termine è stato il Fisico tedesco Max Planck che nel 1901 scrive un articolo su Annalen der Phisik denominato “Elementarquanta der Materie und der Elektricitat” . Nel 1905 Albert Einstein introdurrà i “quanti di luce” denominati, poi, fotoni. La peculiarità della Fisica quantistica è che l’energia viene emessa ed assorbita non in modo continuo (come previsto dalla Fisica classica) ma per quantità piccole e definite come “quanti di energia” ; ciò viene riportato come : “quantizzazione dell’energia“ e viene esteso alla luce ed a ogni forma di radiazione elettromagnetica.
La Fisica quantistica si è sviluppata nel primo trentennio del 900 interamente dai Fisici della vecchia Europa, che ancora una volta si dimostra la culla del progresso dell’uomo.
Successivamente si estende al mondo intero ed ha dei significativi sviluppi in Giappone dopo la seconda guerra mondiale ed in California negli anni 60 e 70 in corrispondenza al fenomeno “Hippie” ed ai “figli dei fiori” ma è progredita fino ad oggi e prosegue ancora.
Anche se non sempre è giusto ed utile fare classificazioni e mettere dei limiti, possiamo affermare che la Fisica quantistica si basa su 7 fondamenti :
1.Principio di Quantizzazione (Planck, Einstein, Bohr, 1900)
2.Principio di Dualità (De Broglie, 1924)
3.Principio di Esclusione (Pauli, 1924)
4.Principio di Sovrapposizione (Schroedinger, 1926)
5.Principiodi Probabilità (Max Born, 1926)
6. Principio di Indeterminazione (Heisenberg, 1927)
7. Principio di Complementarietà (Niels Bohr, 1927)
Questi sette punti vennero sviluppati entro gli anni trenta del secolo scorso e costituiscono la base della teoria quantistica ortodossa, quella che è rimasta famosa come “Interpretazione di Copenaghen “ poiché vi aveva sede il gruppo di Fisici diretto da Niels Bohr che diede il maggiore contributo. Nel principio di Sovrapposizione è già presente il concetto di “non località“ e Schroedinger è stato il primo che ha coniato il termine “Entanglement”.
Proprio la non località spinse Einstein a formulare l’esperimento mentale EPR (Einstein, Podolski, Rosen) nel 1935, che ha dato origine a numerosi scontri tra i Fisici ma che alla fine ha consacrato (con David Bohm, John Bell, F.Aspect) la realtà dell’Entanglement che, assieme all’Universo olografico, costituisce la base della Fisica quantistica moderna, trampolino di lancio della “Quantimistica”. (3 fine)
